水泥穩定礫石在高等級路面基層中的應用研究

(云南公投景文高速公路有限公司 云南 普洱 665000)

一、引言

路面基層是瀝青路面的主要承重層，其力學性能和耐久性將直接影響公路的路用性能和使用年限，因此，優質的基層是路面整體質量的關鍵[1-4]。目前，在我國各等級公路中，特別是高等級公路，90%以上使用以水泥、石灰、粉煤灰為代表的半剛性材料作為基層材料[5]，且大多為穩定碎石類基層，穩定礫石類基層較少。究其原因主要是因為碎石類材料棱角性較礫石類材料好，依靠石料自身的嵌擠作用能夠形成較高的強度，有研究表明，同一強度下，穩定碎石類材料需要的結合料要少于穩定礫石類材料[6-7]。隨著國民經濟的飛速發展，公路建設里程也在快速增長，對碎石的需求量也越來越大，可開山石料越來越少，再加上國民環保意識的加強，不合規石場大量關閉，這在一定程度上遏制了公路產業的持續發展。破碎礫石是以天然河道中水流沖刷堆積形成的卵石為原料，根據需要進行破碎加工而成，由于破碎礫石存在取材方便、成本低廉、有利環保等特點，近年來，公路行業開始越來越多的使用破碎礫石用于高等級路面的基層。

本文以云南景東至文東高速公路其中一段為試驗研究路段進行研究，試驗段全長300m，寬度為11.5m，鋪筑厚度為36cm。在該試驗路段中，將水泥穩定礫石作為基層材料，來探討路基層強度是否符合《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-215)的要求[8]。本文通過對水泥穩定礫石基層材料的試驗研究，能為我國西南地區公路基層材料提供理論基礎，并得以推廣應用，可以在保證工程質量的前提下，最大限度的節約成本、保護環境，有利于我國生態環境的可持續發展。

二、原材料試驗

(一)集料檢測指標。本文所用粗集料為破碎礫石，粗集料分為三檔，分別為1#(19-31.5mm)、2#(9.5-19mm)、3#(4.75-9.5mm)，細集料為天然砂和石屑，分為兩檔，分別為4#(天然砂、0-4.75mm)、5#(石屑、0-4.75mm)，各檔集料所檢測指標均滿足《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-2015)的技術要求。

(二)水泥檢測指標。水泥采用普洱昆鋼嘉華水泥廠生產的PC.32.5普通硅酸鹽水泥，其檢測結果見表1所示，均滿足《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-2015)的技術要求。

表1 水泥質量檢測結果

(三)集料級配確定。本文所用集料分為五檔，摻配比例為：1#：2#：3#：4#：5#=16%:37%:15%:16%:16%，其合成級配如表2和圖1所示，合成級配完全滿足相關規范對水泥穩定砂礫基層的要求。

表2 水穩礫石合成級配結果

注：級配上限和級配下限數值主要是參考《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-2015)中C-B-3的級配范圍并在此基礎上進行了進一步的完善。

三、施工參數的確定

本文通過重型擊實試驗進行最佳含水量的確定。對其混合料按照不同水泥劑量的配比進行擊實及無側限抗壓強度試驗，各種混合料的最大干密度及最佳含水率試驗結果如表3所示。

表3 水穩礫石的最大干密度及最佳含水率試驗結果

按照不同水泥劑量對應的最佳含水率和最大干密度制備試件，在規定條件下濕養生6d，浸水24h后按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)進行無側限抗壓強度試驗，試驗結果見表4。

表4 水穩礫石無側限抗壓強度試驗結果

景文高速屬于重交通等級，《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-2015)中要求高速公路在重交通下的7d齡期無側限抗壓強度標準(代表值)在4.0MPa～6.0 MPa范圍之內，景文高速設計圖紙中要求其7d齡期無側限抗壓強度標準(代表值)不低于4.5 MPa，根據上述試驗結果，并結合經濟性原則，最終采用水泥摻量為5%。

四、試驗段各項指標檢測

(一)級配符合性驗證。在不摻加水泥的情況下，在水泥穩定礫石混合料拌合機皮帶上隨機選取一段混合料進行烘干水洗篩分，篩分結果如表5所示。

表5 水穩礫石級配符合性驗證

分析表5可知，水泥穩定礫石篩分結果比目標級配稍微偏細一些，但各篩孔偏差較小，說明二者符合性較好，所采用的生產級配較為合理。

(二)含水率檢測。在水泥穩定礫石混合料拌合機皮帶上隨機選取一段混合料通過烘干法進行含水率檢測，檢測結果如表6所示。

表6 水穩礫石含水率檢測結果

從表6可知，試驗段含水率基本穩定在4.8%左右，室內進行配合比試驗時最佳含水率為4.4%，由于試驗段施工當天溫度較高，再加上水穩礫石易于失水，所以實際施工時將含水率適當提高0.3～0.5%是合理的。

(三)水泥用量檢測。在水泥穩定礫石混合料拌合機皮帶上隨機選取一段混合料，按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)中規定的方法進行水泥用量的EDTA滴定試驗，試驗結果如表7所示。

表7 水穩礫石水泥用量檢測結果

分析表7可知，試驗段水泥用量基本穩定在5.0%左右，與目標配合比的水泥用量5.0%完全吻合，說明試驗段水泥用量控制較為準確，且水泥在穩定礫石混合料中分散均勻性較好。

(四)壓實度檢測。景文高速水泥穩定礫石基層試驗段碾壓完畢后即進行了壓實度檢測，其檢測結果如表8所示。

表8 水穩礫石基層壓實度檢測結果

分析表8可知，水泥穩定礫石基層試驗段6個測點的壓實度均穩定在100%左右，均滿足不小于98%的規定值，說明試驗段現場碾壓效果較好。

(五)芯樣情況。景文高速水泥穩定礫石基層厚度為36cm，分兩層鋪筑，養生7d后進行鉆芯取樣。通過觀察，所有芯樣都均勻、密實，上、下基層均能整體取出，層間粘結較好，說明施工工藝較為合理，施工效果較好。根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)進行試驗段7d無側限抗壓強度試驗，其試驗檢測結果如表9所示。

表9 水穩礫石基層7d無側限抗壓強度試驗結果

分析表9可知，水穩礫石基層試驗段7d無側限抗壓強度代表值為5.2MPa，滿足不低于4.5MPa的規定值。

五、結語

本文首先采用礫石代替常用碎石拌制水泥穩定礫石混合料，然后基于試驗段鋪筑工作，通過鉆心取樣試驗對其路用性能進行了驗證，主要得到以下結論。

(1) 水泥穩定礫石混合料用作高等級公路的基層其性能完全可以滿足《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-1015)的要求。

(2) 鑒于破碎礫石與碎石在開采條件、節約成本、保護環境等方面相比具有更大的優勢，建議在今后云南地區高等級公路基層建設中可適當采用礫石，以充分利用當地筑路材料，節約工程造價。

【參考文獻】

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[9]交通部.公路工程無機結合料穩定材料試驗規程(JTG E51-2009)[S].北京：人民交通出版社，2009.